科研进展

广州地化所发现电子结构对钙钛矿型钴酸镧热催化活性的制约

  
钙钛矿型钴酸镧(LaCoO3)具有价格低廉、化学组成可变、氧化还原性能好、热稳定性优异等优点,是一种极具应用前景的矿物催化材料。已有研究通过类质同像置换、负载等改性方法,增强钙钛矿型钴酸镧的热催化性能。增强机制包括改善比表面积、表面氧浓度与晶格氧移动性等表面物理化学性质,以及调控金属元素价态等。但这些因素往往形成耦合作用,很难从本质上阐明增强机制。考虑到催化反应本质上是氧化还原反应,从矿物的电子结构入手,有望阐明催化性能的增强机制。
近期,中国科学院矿物学与成矿学重点实验室的矿物表-界面物理化学学科组通过调控煅烧温度,实现了不同自旋态LaCoO3的可控合成,构建了电子结构与催化活性的构效关系。研究发现,催化活性与eg(eg轨道电子填充数)之间的关系呈“火山型”曲线。当eg=1时,催化剂与氧的相互作用适中,有利于氧活化和氧化反应,催化活性最高。当O p带中心离费米能级(EF)太近时,氧解吸受到抑制;当O p带中心离EF太远时,氧吸附较难,抑制了表面氧再生。上述研究结果为高效催化剂的设计提供了理论依据。

钴酸镧钙钛矿电子结构与甲苯催化氧化活性构效关系图
该成果近期发表在Nature Index期刊Chemical Communications上。本研究得到基金委优秀青年科学基金、广东省杰出青年科学基金等项目资助。
论文信息:Hanlin Chen, Peng Liu, Gaoling Wei, Yu Huang, Xiaoju Lin, Xiaoliang Liang*, Jianxi Zhu. Effect of electron structure on the catalytic activity of LaCoO3 perovskite towards toluene oxidation. Chemical Communications, 2022. DOI:10.1039/D2CC00404F